5.2.4. Основные схемы включения оу. Инвертирующее включение

ОУ обычно применяется с обвязывающими цепями. Применение

этих цепей позволяет выполнять с помощью его математические операции:

алгебраическое суммирование, интегрирование, дифференцирование. Инвертирование - это изменение знака. Одновременно со всеми указанными операциями выполняется усиление входного сигнала.

Типовая схема инвертирующего включения представлена на рис. 81. Схема замещения выходной цепи представлена на рис. 82.

На основе свойств ОУ можно записать следующие уравнения:

Iвх=Uвх/Zвх;

Iос=Iвх;

Iос= Uвых/Zос.

На основе этих уравнений получаем:

Uвых/Zос=Uвх/Zвх;

Uвых= Zос/ZвхUвх;

Uвых/Uвх= Zос/Zвх,

где Zос/Zвх=Ку -коэффициент усиления схемы.

Отношение Uвых/Uвх в случае, если каждая из этих величин записа-

на в преобразовании Лапласа, называется передаточной функцией схемы.

Понятие передаточной функции - одно из основополагающих понятий тео-

рии управления.

Применение инвертирующего усилителя в качестве интегратора

Схема представлена на рис. 83. На ней: Zвх=Rвх; Zос=1/pCос.Тогда

Uвых/Uвх=1/(pCосRвх)=1/pТ_и,

где Т_и=СосRвх-постоянная интегрирования.

Получение этих же зависимостей с помощью подробного описания

на основе двух свойств ОУ:

i_вх=u_вх/Rвх;

i_вх=i_ос.

Выходное напряжение ОУ:

u_вых= –1/Cосi_осdt= –1/Cос(u_вх /Rвх)dt= –1/(CосRвх)u_вх dt  –1/(pСосRвх)Uвх.

Диаграмма работы интегратора представлена на рис. 84.

Схема дифференцирования

Схема представлена на рис. 85.

Zвх=1/pСвх; Zос=Rос;

Uвых/Uвх=Rос/(1/ рСвх)= рСвхRос=рТд,

где Тд=СвхRос - постоянная дифференцирования.

Диаграммы работы представлены на рис. 86, где /2 -сдвиг по фазе.

Амплитуда выходного сигнала зависит от Тд (чем больше Тд, тем больше

амплитуда).

Схема суммирования

Схема представлена на рис. 87. Исходные уравнения:

I1=Uвх1/Rвх1; I2=Uвх2/Rвх2; I3=Uвх3/Rвх3; Iос=I1+I2+I3; Uвых=IосRос.

Отсюда

Uвых= Uвх1Rос/Rвх1 + Uвх2 Rос/Rвх2 + Uвх3Rос/Rвх3.

Входов может быть сколько угодно, знаки входных напряжений произвольны.

Если в качестве Zос применить Cос, то одновременно с суммировани-

ем будет выполняться и интегрирование.

На практике резисторы устанавливаются величиной 1кОМдесятки кОМ.

5.2.5. Неинвертирующее включение

Схема представлена на рис. 88. Другое возможное изображение представлено на рис. 89. Исходные уравнения:

I1=Uвх/R1; I1=Iос; Iос=(Uвых-Uвх)/Rос.

Отсюда

Uвх/R1=(Uвых-Uвх)/Rос; Uвх/R1+Uвх/Rос=Uвых/Rос.

Следовательно,

Uвых=(Rос/R1+1) Uвх =(Rос+R1)/R1Uвх

или

Uвых/Uвх=(Rос+R1)/R1.

5.2.6. Ограничитель сигнала

Применение нелинейных элементов позволяет реализовать нелинейную

связь между входным и выходным напряжениями. Обычно это выполняется с помощью инвертирующего включения. Характеристика, связывающая входное и выходное напряжения в инвертирующем включении, имеет вид, представленный на рис. 90. При этом tg=Rос/Rвх.

Схема, реализующая характеристику без положительных значений выходного напряжения, представлена на рис. 91.

Ограничение выходного напряжения на заданном уровне может быть выполнено с помощью схемы, представленной на рис. 92.

1. При Uвх>0:

если U_ОСU_VD1+U_СТ2, то Uвых=U_ОГР1=U_VD1+U_СТ2,

т.е. напряжение на цепи обратной связи будет постоянным.

2. При Uвх<0:

если U_ОСU_VD2+U_СТ1, то Uвых=U_ОГР2=U_VD2+U_СТ1.

Когда U_СТ1 не равно U_СТ2, уровень ограничения U_ОГР1 будет не равен уровню ограничения U_ОГР2 . Отметим, что Uвых всегда равно падению напряжения на сопротивлении обратной связи.